Estructura y valencia de un catalizador de oxidación de agua con fosfato de cobalto determinado por espectroscopia de...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica es electroquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La catálisis de la catálisis.

Sus antecedentes:

• Los catalizadores de oxidación del agua son cruciales para las tecnologías de energía renovable.
• Los materiales de fosfato de cobalto (Co-Pi) son electrocatalisadores prometedores para la oxidación del agua.
• Comprender la relación estructura-actividad de Co-Pi es esencial para la optimización del catalizador.

Objetivo del estudio:

• Investigar las propiedades estructurales y electrónicas de los catalizadores de oxidación de agua Co-Pi depositados por electrodos.
• Para correlacionar el grosor del catalizador y el potencial aplicado con la nuclealidad del racimo y el estado de oxidación del cobalto.
• Para aclarar el motivo estructural de los grupos de Co-Pi y su comportamiento durante la catálisis.

Principales métodos:

• Espectroscopia de absorción de rayos X in situ (XAS), incluida la Estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS) y la Estructura de absorción de rayos X cerca del borde (XANES).
• Mediciones electroquímicas para estudiar el rendimiento y la estabilidad del catalizador.
• Análisis de películas de Co-Pi con diferentes espesores (aprox. 3 nmol de iones de carbono/cm2) y entre 40 y 50 nmol de iones de carbono/cm2).

Principales resultados:

• EXAFS reveló subunidades de cobalto con puente bis-oxo/hidroxo que forman grupos de nuclealidad más alta en Co-Pi.
• Las películas de Co-Pi más gruesas (depositadas a 1.25 V frente a NHE) exhibieron una mayor nuclealidad de racimo promedio en comparación con las películas más delgadas (depositadas a 1.1 V).
• XANES y los datos electroquímicos indicaron un estado de oxidación de cobalto mayor a 3 durante la catálisis de oxidación de agua a 1.25 V.
• Co-Pi se sometió a una reducción continua en circuito abierto, con la tasa dependiente del tamaño promedio del clúster.
• Un modelo estructural propuso que los cúmulos de Co-Pi compartieran los bordes de un octaedro de CoO (6), similar a los cobaltos pero de dimensiones moleculares.

Conclusiones:

• La estructura de los catalizadores Co-Pi depositados por electrodos, en particular el tamaño del racimo, está influenciada por las condiciones de deposición.
• El estado de oxidación del cobalto aumenta durante la catálisis, lo que sugiere una especie oxidada activa.
• La estructura de racimo molecular de Co-Pi difiere de las estructuras extendidas de cobalto, lo que afecta las propiedades catalíticas.